DE102005031372A1

DE102005031372A1 - Wechselrichter mit Sinusfilter

Info

Publication number: DE102005031372A1
Application number: DE200510031372
Authority: DE
Inventors: Bernd Herrmann; Benno Weis
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-01-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit Sinusfilter, bestehend aus einer Längsdrossel und einem Kapazitätsnetzwerk, und zusätzlicher stromkompensierter Drosselspule für einen spannungseinprägenden Frequenzumrichter, bei dem die Elemente des Sinusfilters zusammen mit dem Wechselrichter in einem Gehäuse untergebracht sind. Erfindungsgemäß ist die stromkompensierte Drossel (7) dem Kapazitätsnetzwerk (6) außerhalb des gemeinsamen Gehäuses von Wechselrichter (1) und Sinusfilter nachgeschaltet. Somit erhält man einen Wechselrichter, dem optional eine stromkompensierte Drossel zum Sinusfilter geschaltet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit Sinusfilter, bestehend aus einer Längsdrossel und einem Kapazitätsnetzwerk, und zusätzlicher stromkompensierter Drosselspule für einen spannungseinprägenden Frequenzumrichter, bei dem die Elemente des Sinusfilters zusammen mit dem Wechselrichter in einem Gehäuse untergebracht sind.
Spannungseinprägende Frequenzumrichter werden zur spannungs- und frequenzgesteuerten Stromversorgung von Drehfeldmaschinen eingesetzt. Sie arbeiten mit einem Gleichspannungs-Zwischenkreis und einem gesteuerten Wechselrichter, der mit Leistungshalbleiterschaltern ausgerüstet ist. Als Leistungshalbleiterschalter werden Leistungs-FETs oder IGBTs eingesetzt, die sehr schnell zu schalten vermögen. Das hat zwar den Vorteil sehr geringer Schaltverluste, bringt aber wegen der hohen dU/dt-Belastung der angeschlossenen Kabel zwischen Wechselrichter und Drehfeldmaschine auch Probleme für die Isolationsmaterialien mit sich und führt gegebenenfalls auch zu elektromagnetischer Beeinflussung benachbarter Signalkabel und Einrichtungen.
Es ist bekannt, zur Beherrschung dieser Probleme so genannte Sinusfilter einzusetzen.
In der einfachsten Ausführungsform besteht das Sinusfilter aus einer dreiphasigen Längsdrossel und einem Kapazitätsnetzwerk zwischen Wechselrichter und Drehfeldmaschine. Das Filter bewirkt eine sinusförmige Spannung zwischen den drei Leitern, indem die Eckfrequenz des symmetrischen Drehstromsystems zwischen Schaltfrequenz und Grundfrequenz des Wechselrichters gelegt wird. Die Spannung der Leiter gegen Erde wird nicht beeinflusst.
Diese Ausführungsform führt zu einem Problem, wenn sie an langen Motorleitungen eingesetzt wird. Diese besitzen eine gewisse Kapazität gegen Erde. Die Längsdrosseln bilden mit den Kapazitäten der Motorleitung ebenfalls ein (zweites, parasitäres) Filter im asymmetrischen System. Der Wert der Kapazitäten der Motorleitung hängt von der Länge und dem Typ der Motorleitungen ab und ist somit in jedem Anwendungsfall anders. Bei einer ungünstigen Leitungslänge, die in der Praxis immer auftreten kann, liegt die Resonanzfrequenz dieses (parasitären) Filters genau auf der Schaltfrequenz oder deren harmonischer Oberschwingungen; das (parasitäre) Filter wird somit massiv angeregt. Ein Betrieb ist in diesem Fall nicht mehr möglich, da am Motor hohe Überspannungen gegen Erde entstehen.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, in Reihe zu der Längsdrossel eine weitere Drossel zu schalten, die die Resonanzfrequenz des (parasitären) Filters im asymmetrischen System unter die Schaltfrequenz zwingt. Damit diese zusätzliche Drossel möglichst kostengünstig ausgeführt werden kann und nicht die Eckfrequenz des Leiter-Leiter-Filters beeinflusst, wird sie als stromkompensierte Drossel ausgeführt. Stromkompensierte Drosselspule haben einen gemeinsamen Kern, in welchem sich bei einem symmetrischen Drehstromsystem die magnetischen Flüsse der Grundschwingung der Motorströme aufheben. Nur bei unsymmetrischen Strömen bildet die Drosselspule mit den beteiligten Kapazitäten des Kapazitätsnetzwerks und des Kabels einen LC-Tiefpass, mit dem höherfrequente Spannungsimpulse herausgefiltert werden. Die Lösung ist aus EP 0 682 401 B1 bekannt.

In einigen Frequenzumrichtern mit Sinusfilter werden die Elemente „Längsdrossel" und „Kapazitätsnetzwerk" zusammen mit dem Wechselrichter in ein Gehäuse integriert. In diesem Fall besitzt die Lösung den Nachteil, dass auch die stromkompensierte Drossel mit in das Gehäuse integriert werden muss. Sonst wären sechs zusätzliche Klemmen zwischen Gehäuse und der außerhalb des Gehäuses zu platzierenden stromkompensier ten Drosselspule erforderlich, über die die Drosselspule in den Stromkreis mit eingebunden werden könnte. Ist keine stromkompensierte Drosselspule erforderlich, wären diese Klemmen kurzzuschließen. Wird die stromkompensierte Drosselspule mit in das Gehäuse integriert, muss sie aber auch in den Anwendungsfällen mit verwendet werden, in denen sie an sich gar nicht erforderlich wäre und nur zusätzliche Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für einen Wechselrichter mit Sinusfilter der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der optional zusätzlich eine stromkompensierte Drosselspule vorgesehen ist, andererseits zusätzliche Klemmen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Danach ist die stromkompensierte Drossel dem Kapazitätsnetzwerk außerhalb des gemeinsamen Gehäuses von Wechselrichter und Sinusfilter nachgeschaltet.

Mit der Lösung können Wechselrichter, Längsdrossel und Kapazitätsnetzwerk als ein Gerät ausgeführt werden. Wird in einer Anwendung ein Resonanzproblem mit den Motorleitungen festgestellt, kann dem Gerät eine stromkompensierte Drossel als Option nachgeschaltet werden. Der Vorteil liegt in der leichten Nachrüstbarkeit der teueren stromkompensierten Drossel im Bedarfsfall.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch die Anordnung eines Wechselrichters als Teil eines Frequenzumrichters mit Sinusfilter und nachgeschalteter stromkompensierter Drosselspule.
Ein Wechselrichter 1 soll zur Stromversorgung einer Drehstrommaschine 2 über ein dreiphasiges Kabel 3 dienen. Der Wechselrichter 1 ist mit IGBTs 4 bestückt, die einen hohen Spannungsimpuls am Kabel 3 verursachen können, welches deshalb mit einem Sinusfilter, bestehend aus einer Längsdrossel 5 und einem Kapazitätsnetzwerk 6, beschaltet wird. Wechselrichter 1, Längsdrossel 5 und Kapazitätsnetzwerk 6 sind einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht (hier nicht gezeigt). Zwischen dem Gehäuseausgang am Wechselrichter 1 und dem Kabel 3 ist zusätzlich eine stromkompensierte Drosselspule 7 eingesetzt. Die stromkompensierte Drosselspule 6 wirkt als Impedanz gegenüber unsymmetrischen Strömen, die durch die Wirkung von parasitären Kapazitäten 8 des Kabels 3 bei großer Leitungslänge erzeugt werden.
Die Lösung erfordert keine zusätzlichen Anschlüsse am Wechselrichtergehäuse, sondern nur die ohnehin nötigen Anschlüsse an der stromkompensierten Drosselspule 7.

Claims

Wechselrichter mit Sinusfilter, bestehend aus einer Längsdrossel und einem Kapazitätsnetzwerk, und zusätzlicher stromkompensierter Drosselspule für einen spannungseinprägenden Frequenzumrichter, bei dem die Elemente des Sinusfilters zusammen mit dem Wechselrichter in einem Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die stromkompensierte Drossel (7) dem Kapazitätsnetzwerk (6) außerhalb des gemeinsamen Gehäuses von Wechselrichter (1) und Sinusfilter nachgeschaltet ist.